содержание .. 13 14 15 16 ..

Микроконтроллеры для систем автоматики - часть 15

7 6 5 4 3 2 1 0

PORTA $1B

($3B)

PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0

DDRA $1A

($3A)

DDA7 DDA6 DDA5 DDA4 DDA3 DDA2 DDA1 DDA0

PINA $19

($39) PINA7 PINA6 PINA5 PINA4 PINA3 PINA2 PINA1 PINA0

PORTB $18

($38)

PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0

DDRB $17

($37) DDB7 DDB6 DDB5 DDB4 DDB3 DDB2 DDB1 DDB0

PINB $16

($36) PINB7 PINB6 PINB5 PINB4 PINB3 PINB2 PINB1 PINB0

PORTC $15

($35)

PC7 PC6 PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0

DDRC $14

($34) DDC7 DDC6 DDC5 DDC4 DDC3 DDC2 DDC1 DDC0

PINC $13

($33) PINC7 PINC6 PINC5 PINC4 PINC3 PINC2 PINC1 PINC0

PORTD $12

($32)

PD7 PD6 PD5 PD4 PD3 PD2 PD1 PD0

DDRD $11 ($31) DDD7 DDD6 DDD5 DDD4 DDD3 DDD2 DDD1 DDD0

PIND $10

($30) PIND7 PIND6 PIND5 PIND4 PIND3 PIND2 PIND1 PIND0

SFIOR

$30 ($50)

PUD

Рис. 9.1. Регистры портов ввода/вывода

Любая линия порта выполняет функции выхода при записи логической единицы в

соответствующий бит регистра направления DDRх (х

∈

A, B, C, D).

Регистры PINх не хранят информацию и фактически не являются настоящими

регистрами. Они разрешают доступ к физическим сигналам на линиях соответствующего
порта. При чтении PORTх читается защелка данных выбранного порта, а при чтении PINх –
значение на контактах порта. Регистры PINх доступны только для чтения, в то время как
регистры PORTх и DDRх - для чтения и записи.

Внутренние подтягивающие резисторы подключаются только при PUD=0, если

контакты портов сконфигурированы как входы.

Выходы портов выдерживают втекающий ток до 20mA и могут быть

непосредственно подключены к светодиодным индикаторам. Однако, вытекающий ток
порта не должен быть более 4 мА , а суммарная загрузка порта - не более 80 мА.

9.2. Алгоритмы обмена данными

Порты ввода-вывода предназначены для связи микроконтроллера с различными

объектами и могут реализовывать различные алгоритмы обмена данными:

асинхронный программный обмен,

синхронный обмен,

ввод-вывод с сигналами квитирования.

Обмен данными между портами и объектами обеспечивается специальными

подпрограммами – драйверами, создаваемыми индивидуально для каждого объекта.

С И Н Х Р О Н Н Ы Й О Б М Е Н

В режиме асинхронного программного обмена ввод и вывод данных производится

по программе в моменты выполнения инструкций ввода и вывода данных. Предполагается,
что объект всегда готов к обмену: при вводе – данные в момент выполнения инструкции in

присутствуют на линиях порта, при выводе – данные будут прочитаны с линий порта до
следующего вывода.

Например, микроконтроллер ATmega163 осуществляет асинхронный вывод данных

при выполнении фрагмента программы:

.equ porta = $1B ;
.equ ddra = $1A ;
.cseg
ldi r16,$FF

;запись $FF в r16

out ddra, r16

;включение порта А на вывод

out porta, r0

;вывод данных из регистра r0 в порт A.

Время выполнения команды вывода равно двум периодам тактового сигнала.
Тот же микроконтроллер в течении двух тактов введет данные с линий порта при

выполнении фрагмента программы:

.equ pina = $19 ;
.cseg
in r0, pina ; ввод данных из порта pina в регистр r0.
По адресу $19 в пространстве ввода-вывода микроконтроллера размещен регистр

pina, с входных линий которого и будут взяты данные во время выполнения инструкции.

И М П Л Е К С Н Ы Й О Б М Е Н

Симплексным считается однонаправленный обмен данными. Такой обмен обычно

является синхронным. В этом случае каждое изменение данных на линиях порта
сопровождается сигналом синхронизации (стробом). Строб генерируется источником
данных и предназначается для задания момента записи данных в регистр приемника.

При выводе данных сигнал строба должен сформировать микроконтроллер,

используя для этого специальные линии шины управления или отдельные биты портов
ввода-вывода.

На рис. 9.2 показан вариант соединения микроконтроллера ATmega163 c

посимвольным принтером, имеющим 8-битный вход для приема данных DATA, выход
сигнала готовности READY и вход стробирования #STB. Активным на входе стробирования
является сигнал низкого уровня.

Порт PORTA микроконтроллера и бит PB6 порта PORTB программируются на

вывод данных, бит PB2 порта PORTB на ввод. Подпрограмма вывода должна:

осуществить проверку готовности принтера (чтение сигнала готовности
принтера READY и его анализ),

при обнаружении сигнала READY=1 вывести данные в порт PORTА,

подтвердить вывод данных выводом сигнала стробирования #STB=0 для
записи данных в принтер.

Если принтер не готов к обмену микроконтроллер через заданный интервал

времени повторяет операцию.

Рис. 9.2. Подключение принтера к микроконтроллеру

Режим синхронного ввода позволяет точно задать момент считывания данных с

объекта. В этом режиме сигнал стробирования, подтверждающий готовность данных,
поступает с объекта на микроконтроллер. При появлении строба микроконтроллер должен
осуществить ввод данных с порта.

О Л У Д У П Л Е К С Н Ы Й О Б М Е Н

Полудуплексным считается двунаправленный синхронный обмен, при котором в

любой  момент  времени  передача  данных  может  производиться  только  в  одном
направлении.  Направление  передачи  данных  порта  меняется  в  процессе  работы  в
зависимости  от  решаемой  в  текущий  момент  задачи.  На  рис. 9.3 изображен  вариант
соединения  микроконтроллера ATmega163  с  объектом  для  обмена  данными  в
полудуплексном режиме.

В схеме на рис. 9.3 передача данных в параллельном формате осуществляется по

линиям  порта PORTA. Для  выдачи  и  приема  четырех  сигналов  управления  обменом
(сигналы квитирования): строб ввода #STB IN (Strobe Input), строб вывода #STB OUT (Strobe
Out),  подтверждение  ввода  #ACK  IN  (Acknowledge  Input)  и  подтверждение  вывода #ACK
OUT (Acknowledge  Out),  использованы  две  линии  порта PORTB и  входы  запросов  на
прерывания INT0 и INT1.

При поступлении сигнала #STB IN = 0 контроллер должен выставить сигнал

подтверждения #ACK IN = 0 и осуществить запись во входной регистр порта PORTA.. При
низком уровне сигнала ASK IN объекту запрещается формировать новый сигнал #STB IN.
По окончании записи контроллер снимает сигнал #ACK IN, разрешая повторную передачу
данных.

Работа микроконтроллера в режиме вывода аналогична. Микроконтроллер

выводит данные в порт PORTA, подтверждая вывод сигналом #STB OUT = 0. Объект
формирует сигнал подтверждения #ACK OUT = 0, сообщая контроллеру о готовности к
приему данных. При снятии сигнала #ACK OUT контроллер должен снять сигнал #STB OUT
и может вновь перейти к выводу данных.

Одновременная передача данных в двух направлениях при полудуплексном

обмене невозможна.

У П Л Е К С Н Ы Й О Б М Е Н

Дуплексным считается двунаправленный синхронный обмен, при котором в любой

момент времени возможна передача данных в двух направлениях. В этом случае для
передачи данных в каждом направлении выделяется свой однонаправленный порт. На рис.

9.4 изображен вариант соединения микроконтроллера ATmega 163 с объектом для обмена
данными в дуплексном режиме.

Рис. 9.3. Подключение микроконтроллера

при полудуплексном обмене

Рис. 9.4. Подключение микроконтроллера

при дуплексном обмене

В схеме на рис. 9.4 порт PORTA работает на ввод данных, порт PORTВ – на вывод,

а линии PC0 и PC1 порта PORTC использованы для вывода сигналов квитирования #ACK
IN и #ACK OUT. Для ввода сигналов квитирования от объекта #STB IN и #ACK OUT
использованы входы запросов на прерывания INT0 и INT1. При таком подключении задача
ввода данных в микроконтроллер получает больший приоритет, чем задача вывода.

10. АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Аналого-цифровой преобразователь ADC (Analog Digital Converter) осуществляет

преобразование напряжения в цифровой код. Он предназначен для оцифровки и ввода в
микроконтроллер аналоговых сигналов с различных датчиков физических величин. Схемы
преобразователей различны. В зависимости от принципа построения меняются и свойства
преобразователя.

10.1. Принципы аналого-цифрового преобразования

А Р А Л Л Е Л Ь Н Ы Й П Р Е О Б Р А З О В А Т Е Л Ь

В параллельном преобразователе (рис. 10.1) входной сигнал подается сразу на

множество компараторов, осуществляющих сравнение сигнала с опорными напряжениями.
Опорные напряжения формируются цепочкой резисторов, делящих эталонное напряжение
U

на равные части.

содержание .. 13 14 15 16 ..